Анализ ДНК-следов видов ведет к улучшению экологического мониторинга

Ученые разрабатывают новые способы оценки экосистем, используя технику, которая может определить, проходил ли вид поблизости, всего по образцу воды.

Все животные оставляют фрагменты ДНК в течение жизни — в фекалиях, слизи, сперме и яйцеклетках, сброшенной коже, шерсти и, в конечном итоге, в их останках.

Эти следы генетического материала могут сохраняться в окружающей среде некоторое время — несколько недель в воде и до нескольких столетий в почве. Благодаря новым, более чувствительным методам амплификации и секвенирования ДНК, ученые могут собирать и анализировать эти фрагменты в пробах воды и почвы, идентифицируя отдельные виды, которые прошли мимо.

Одна из областей, где экологическая ДНК (eDNA) находит практическое применение, — это экологические оценки, например, для проверки наличия охраняемых видов перед началом строительных работ. В Великобритании Defra уже одобрило использование отбора проб eDNA для оценки присутствия охраняемых обыкновенных тритонов в прудах.

Теперь, в рамках нового партнерства между Имперским колледжем Лондона и консалтинговой компанией по экологической экологии Thomson Ecology, ученые надеются расширить использование eDNA. Они хотят создать протоколы для оценки того, являются ли различные районы домом для ключевых охраняемых видов, включая речных раков, водяных полевок, выдр и рептилий.

Помимо изучения ключевых охраняемых видов для целей сохранения, команда хочет использовать eDNA для биобезопасности, идентифицируя инвазивные виды. Например, помимо местных речных раков, некоторые водоемы Великобритании заняты инвазивным американским сигнальным раком, который вытесняет местные виды и наносит ущерб местной среде. Раннее обнаружение инвазивных раков может означать, что с ними справятся раньше, и они нанесут меньше ущерба.

В конечном итоге исследователи надеются использовать eDNA для профилирования целых экосистем, анализируя образцы воды, чтобы получить снимок всех присутствующих в местной среде организмов, которые оставили свою ДНК.

Виктория Пристли, которая занимается этой задачей в рамках своей докторской диссертации на факультете наук о жизни Имперского колледжа, сказала: «Я считаю, что исследования eDNA представляют собой коренной перелом в том, как мы подходим к изучению и мониторингу видов. Во всем мире прилагается много усилий для исследований eDNA, и как только этот метод станет более устоявшимся, мы сможем оценивать, какие виды присутствуют в районе, гораздо быстрее. В конечном счете, мы сможем использовать его для создания более четкой и детальной картины глобального биоразнообразия».

Эффективные экологические оценки

В настоящее время оценка видов проводится на основе интенсивных полевых исследований, требующих таксономической экспертизы и часто включающих мечение животных и повторные посещения участка. Однако профессор Венсан Саволаен с факультета наук о жизни разрабатывает новые протоколы для различных видов.

Это прокладывает путь к гораздо более простому и экономически эффективному обследованию для экологических оценок. Профессор Саволаен сказал: «Это исследование будет способствовать разработке новых индексов для достижения целей Межправительственной научно-политической платформы по биоразнообразию и экосистемным услугам (IPBES) — органа, который оценивает состояние биоразнообразия и экосистемных услуг, которые оно предоставляет обществу, в ответ на запросы лиц, принимающих решения».

Хотя методы секвенирования значительно улучшились за последние несколько десятилетий, проблемы в анализе eDNA остаются. Фрагменты со временем деградируют, и этот процесс усиливается под воздействием температуры, микробов, ферментов и солености.

Скорость, с которой eDNA «сбрасывается», также требует дополнительных исследований, как и роль хищников в перемещении eDNA между участками, и особенно то, как eDNA распределяется в водной среде.

Однако Пристли уверена, что у исследований eDNA светлое будущее: «Еще предстоит пройти некоторый путь, прежде чем мониторинг eDNA целых экосистем станет стандартной практикой, но я считаю, что, по крайней мере, в ближайшем будущем eDNA будет все чаще становиться одним из вариантов в наборе инструментов для обследования, работая вместе с традиционными методами для получения наилучших данных экологического обследования наиболее эффективным способом».

Плодотворное партнерство

Профессор Том Уэлтон, декан факультета естественных наук, отметил, что подобные партнерства помогают переводить исследования в реальные приложения: «Это захватывающее сотрудничество демонстрирует, что исследования во всем спектре естественных наук в Имперском колледже, даже по тритонам, имеют практическое применение для решения реальных проблем. Наше партнерство с Thomson Ecology позволит нашему исследованию оказать положительное влияние на защиту окружающей среды и сохранение природы».